(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に上方に突出して筒体が設けられた自走可能な下部走行体と、該下部走行体の筒体上に設けられた旋回軸受装置と、該旋回軸受装置上に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、
前記旋回軸受装置は、前記下部走行体の筒体上に設けられた内輪と、該内輪の径方向の外側に位置して前記上部旋回体に設けられた外輪と、前記内輪と外輪との間に設けられた複数個の転動体とにより構成してなる旋回式建設機械において、
前記下部走行体には、給電されることにより回転駆動して前記下部走行体を走行させる走行用の電動モータを設け、
前記上部旋回体には、前記電動モータに給電するための蓄電装置を設け、
前記旋回軸受装置の前記内輪の上面部には、前記下部走行体の電動モータに電気的に接続される複数本の円環状の環状電極を設け、
前記上部旋回体には、前記蓄電装置と電気的に接続され前記各環状電極とそれぞれ通電状態で接触する複数個の接点を有するブラシ装置を設け、
前記旋回軸受装置の内輪には、上面部から下面部に貫通する貫通孔を設け、
該貫通孔には、前記各環状電極と前記電動モータとを電気的に接続するためのリード線を挿通させる構成としたことを特徴とする旋回式建設機械。
【請求項２】
前記旋回軸受装置は、前記内輪の上面部を前記外輪の上面部よりも低く配置することによって段差部を形成し、この段差部による空間部を利用して前記内輪の上面部に前記各環状電極を配置する構成としてなる請求項１に記載の旋回式建設機械。
【請求項３】
前記上部旋回体は、前記旋回軸受装置の外輪が取付けられる底板を有する旋回フレームを備え、
前記ブラシ装置は、前記各環状電極に沿った周方向の１箇所または複数箇所に位置して前記旋回フレームの底板に設ける構成としてなる請求項１または２に記載の旋回式建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば下部走行体上に旋回軸受装置を介して上部旋回体が搭載された油圧ショベル等の旋回式建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
旋回式建設機械としての油圧ショベルは、エンジンを動力源として油圧ポンプを駆動する機械式油圧ショベルと、エンジンと電動モータを動力源として併用したハイブリッド式油圧ショベルと、電動モータを動力源として油圧ポンプを駆動する電動式油圧ショベルの３種類が知られている。
【０００３】
いずれの形式の油圧ショベルも、中央に上方に突出して筒体が設けられた自走可能な下部走行体と、該下部走行体の筒体上に設けられた旋回軸受装置と、該旋回軸受装置上に旋回可能に設けられた上部旋回体と、該上部旋回体の前側に俯仰動可能に設けられた作業装置とにより構成されている。
【０００４】
これら各形式の油圧ショベルのうち、ハイブリッド式油圧ショベルは、上部旋回体に油圧ポンプを駆動するエンジン、電動モータからなる原動機を搭載し、油圧ポンプから吐出される圧油によって下部走行体に設けられた走行用の油圧モータ、作業装置に設けられた油圧シリンダ等を駆動する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ハイブリッド式油圧ショベルには、下部走行体に設けた走行用モータを電動モータにより構成したものがある。この種のハイブリッド式油圧ショベルは、上部旋回体に搭載したキャパシタと呼ばれる蓄電装置から走行用モータに電力を供給することにより、下部走行体を走行させるようになっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６３８８７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述した特許文献２の電動式油圧ショベル、ハイブリッド式油圧ショベルでは、上部旋回体に外部電源から充電可能な蓄電装置を搭載し、この蓄電装置から下部走行体に設けた電動式の走行用モータに給電する構成としている。
【０００８】
走行用モータを電動化した油圧ショベルでは、下部走行体上に旋回軸受装置を介して上部旋回体を旋回自在に搭載しているから、上部旋回体と下部走行体との間で給電用の導線を直接的に繋ぐことはできない。そこで、上部旋回体の旋回中心に配置され、該上部旋回体と下部走行体との間に設けられた回転継手（センタジョイント）を利用し、この回転継手に上部旋回体と下部走行体との間を電気的に接続するスリップリングを設けることが考えられる。
【０００９】
しかし、電動式の走行用モータを回転駆動する場合には、高電圧、大電流の電気が必要になる。これに対し、市販されている一般的なスリップリングでは、高電圧、大電流に対応することができない。従って、油圧ショベルの走行用モータを電動化する場合には、専用設計のスリップリングを搭載しなくてはならないから、製造コストが上昇してしまい、走行用モータを電動化する場合の妨げになっている。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、旋回軸受装置という既存の部品を利用することにより、下部走行体の走行用モータを安価に電動化できるようにした旋回式建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による旋回式建設機械は、中央に上方に突出して筒体が設けられた自走可能な下部走行体と、該下部走行体の筒体上に設けられた旋回軸受装置と、該旋回軸受装置上に旋回可能に設けられた上部旋回体とを備え、前記旋回軸受装置は、前記下部走行体の筒体上に設けられた内輪と、該内輪の径方向の外側に位置して前記上部旋回体に設けられた外輪と、前記内輪と外輪との間に設けられた複数個の転動体とにより構成してなる。
【００１２】
そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記下部走行体には、給電されることにより回転駆動して前記下部走行体を走行させる走行用の電動モータを設け、前記上部旋回体には、前記電動モータに給電するための蓄電装置を設け、前記旋回軸受装置の前記内輪の上面部には、前記下部走行体の電動モータに電気的に接続される複数本の円環状の環状電極を設け、前記上部旋回体には、前記蓄電装置と電気的に接続され前記各環状電極とそれぞれ通電状態で接触する複数個の接点を有するブラシ装置を設け、前記旋回軸受装置の内輪には、上面部から下面部に貫通する貫通孔を設け、該貫通孔には、前記各環状電極と前記電動モータとを電気的に接続するためのリード線を挿通させる構成としたことにある。
【００１３】
請求項２の発明は、前記旋回軸受装置は、前記内輪の上面部を前記外輪の上面部よりも低く配置することによって段差部を形成し、この段差部による空間部を利用して前記内輪の上面部に前記環状電極を配置する構成としたことにある。
【００１５】
請求項３の発明は、前記上部旋回体は、前記旋回軸受装置の外輪が取付けられる底板を有する旋回フレームを備え、前記ブラシ装置は、前記環状電極に沿った周方向の１箇所または複数箇所に位置して前記旋回フレームの底板に設ける構成としたことにある。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、下部走行体に走行用の電動モータを設け、上部旋回体に前記電動モータに給電するための蓄電装置を設ける。この場合、下部走行体上で上部旋回体を旋回自在としつつ、走行用の電動モータと蓄電装置とを電気的に接続する必要がある。
【００１７】
そこで、旋回軸受装置の内輪の上面部には、前記下部走行体の電動モータに電気的に接続される複数本の円環状の環状電極を設け、上部旋回体には、前記蓄電装置と電気的に接続され前記各環状電極とそれぞれ通電状態で接触する複数個の接点を有するブラシ装置を設けることにより、走行用の電動モータと蓄電装置とを電気的に接続することができる。
【００１８】
この結果、走行用の電動モータに給電するためのスリップリングは、既存の旋回軸受装置の内輪を利用して形成することにより、専用のスリップリングを設計する場合に比較して安価に製造することができる。これにより、下部走行体の走行用モータを安価に電動化することができる。しかも、旋回軸受装置の内輪には、上面部から下面部に貫通する貫通孔を設けているから、各環状電極から延びるリード線は貫通孔を通して電動モータに電気的に接続することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、内輪の上面部と外輪の上面部との間の段差部による空間部を利用し、内輪の上面部に各環状電極を配置することにより、上部旋回体や旋回軸受装置に環状電極を配置するための加工を施す必要がないから、加工費用を抑えて安価に電動化することができる。しかも、内輪の上面部は、潤滑用のグリースを封入するための密閉空間となっているから、環状電極、ブラシ装置の接点に塵埃等が付着するのを防止でき、安定的に給電することができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、ブラシ装置は各環状電極に沿った周方向の１箇所または複数箇所に位置して旋回フレームの底板に設けることができる。しかも、ブラシ装置を複数箇所に設けた場合、複数箇所で通電することで電気抵抗を低減することができる。また、いずれかのブラシ装置に不具合が生じた場合でも、走行用の電動モータへの給電を続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に適用されるハイブリッド式油圧ショベルを示す正面図である。
【図２】図１の油圧ショベルを後側から拡大して示す右側面図である。
【図３】旋回フレームを拡大して示す平面図である。
【図４】旋回フレームの底板を旋回軸受装置と一緒に示す要部拡大の平面図である。
【図５】トラックフレームの筒体、旋回フレームの底板、旋回軸受装置、旋回用モータ、環状電極、ブラシ装置等を拡大して示す縦断面図である。
【図６】旋回軸受装置を環状電極と一緒に示す平面図である。
【図７】旋回軸受装置を環状電極と一緒に示す外観斜視図である。
【図８】図６中のＡ部を拡大して示す要部拡大の平面図である。
【図９】旋回軸受装置と環状電極を図８中の矢示IX−IX方向から見た拡大断面図である。
【図１０】旋回軸受装置と環状電極と電線を図８中の矢示Ｘ−Ｘ方向から見た拡大断面図である。
【図１１】内輪を図１０中の矢示XI−XIの位置で展開して示す断面図である。
【図１２】旋回軸受装置の内輪を下側から見た外観斜視図である。
【図１３】環状電極とブラシ装置を旋回軸受装置、旋回フレームの一部と一緒に図１４中の矢示XIII−XIII方向から見た縦断面図である。
【図１４】ブラシ装置を図１３中の矢示XIV−XIV方向から見た横断面図である。
【図１５】ブラシ装置を図１３中の矢示XV−XV方向から見た底面図である。
【図１６】下部走行体と上部旋回体との間の電気回路と油圧回路を示す回路図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態による旋回フレームの底板等を図４と同様位置から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態に係る旋回式建設機械として、ハイブリッド式油圧ショベルと電動式油圧ショベルのうち、エンジンとアシスト発電モータを併用したハイブリッド式油圧ショベルを例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００２４】
なお、電動式油圧ショベルとして構成する場合には、エンジンを廃止して、電動モータだけで油圧ポンプを駆動する構成とすればよいものである。
【００２５】
図１ないし図１６は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、１は旋回式建設機械としてのハイブリッド式油圧ショベルで、該油圧ショベル１は、自走可能なクローラ式の下部走行体２と、該下部走行体２上に設けられた旋回軸受装置３と、前記下部走行体２上に該旋回軸受装置３を介して旋回可能に搭載された上部旋回体４と、該上部旋回体４の前側に俯仰動可能に設けられ、土砂の掘削作業等を行う作業装置５とにより大略構成されている。
【００２６】
作業装置５は、後述する旋回フレーム１２の各縦板１４，１５に俯仰動可能に取付けられたブーム５Ａと、該ブーム５Ａの先端部に俯仰動可能に取付けられたアーム５Ｂと、該アーム５Ｂの先端部に回動可能に取付けられたバケット５Ｃと、これらを駆動する油圧シリンダからなるブームシリンダ５Ｄ、アームシリンダ５Ｅ、バケットシリンダ５Ｆとにより構成されている。
【００２７】
ここで、図１、図２に示すように、下部走行体２は、左，右両側に位置して前，後方向に延びたサイドフレーム６Ｌ，６Ｒを有するトラックフレーム６と、該トラックフレーム６の左，右のサイドフレーム６Ｌ，６Ｒの一端部に設けられた駆動輪７Ｌ，７Ｒと、前記各サイドフレーム６Ｌ，６Ｒの他端部に設けられた遊動輪８Ｌ，８Ｒと、前記駆動輪７Ｌ，７Ｒと遊動輪８Ｌ，８Ｒに巻回された履帯９Ｌ，９Ｒとにより大略構成されている。
【００２８】
左側の駆動輪７Ｌは左側の走行用モータ１０Ｌによって回転駆動され、右側の駆動輪７Ｒは右側の走行用モータ１０Ｒによって回転駆動される。これらの走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒは、履帯９Ｌ，９Ｒを独立して駆動制御するもので、後述のアシスト発電モータ２４、蓄電装置２１からの給電により回転する電動モータによって構成されている。
【００２９】
一方、トラックフレーム６の中央部の上側には、筒体１１が設けられ、該筒体１１の上端部には径方向の外側に突出した鍔状の取付フランジ１１Ａ（図５参照）が設けられている。この取付フランジ１１Ａ上には、後述する旋回軸受装置３の内輪２５が複数本のボルト（図示せず）によって取付けられている。
【００３０】
上部旋回体４は、後述の旋回フレーム１２が旋回軸受装置３を介して下部走行体２上に旋回自在に搭載されている。この旋回フレーム１２上には、キャブ１９、カウンタウエイト２０、蓄電装置２１、エンジン２２、アシスト発電モータ２４、旋回用モータ３０、スリップリング４３等が設けられている。
【００３１】
１２は上部旋回体４の支持構造体を形成する旋回フレームである。図３に示すように、旋回フレーム１２は、前，後方向に延びる厚肉な鋼板等からなる底板１３と、該底板１３上に立設され、左，右方向に所定の間隔をもって前，後方向に延びた左縦板１４，右縦板１５と、該各縦板１４，１５の外側に間隔をもって配置され、前，後方向に延びた左サイドフレーム１６，右サイドフレーム１７と、前記底板１３、各縦板１４，１５から左，右方向に張出し、その先端部に前記左，右のサイドフレーム１６，１７を支持する複数本の張出しビーム１８とにより構成されている。各縦板１４，１５の前側には、作業装置５のブーム５Ａのフート部が俯仰動可能に取付けられている。
【００３２】
図４に示すように、底板１３には、旋回軸受装置３の外輪２６に形成した各ボルト挿通孔２６Ｄに対応するように、多数個の雌ねじ孔１３Ａが円環状に並んで上，下方向に貫通して形成されている。底板１３の後側寄り位置には、後述の旋回用モータ３０を取付けるためのモータ取付孔１３Ｂが設けられ、該モータ取付孔１３Ｂの周囲には、多数個の雌ねじ孔１３Ｃが上，下方向に貫通して形成されている。
【００３３】
一方、底板１３の前側寄り位置には、後述のブラシ装置４８を取付けるための１個のブラシ取付孔１３Ｄが設けられ、該ブラシ取付孔１３Ｄの周囲には、例えば２個の雌ねじ孔１３Ｅが上，下方向に形成されている。なお、ブラシ取付孔１３Ｄは、底板１３の前側寄り位置に設けているが、各環状電極４５の上側で周囲の邪魔にならない位置であれば、前側位置以外に配設することもできる。
【００３４】
１９は旋回フレーム１２の左前側に設けられたキャブ（図１参照）で、該キャブ１９内には、オペレータが着座する運転席が設けられ、該運転席の周囲には、走行用の操作レバー、作業用の操作レバー等（いずれも図示せず）が配設されている。２０は旋回フレーム１２の後端部に取付けられたカウンタウエイトである。
【００３５】
２１は旋回フレーム１２上に位置して設けられた蓄電装置（図１６参照）で、該蓄電装置２１は、キャパシタと呼ばれ、商用電源に接続されて電荷を蓄電するものである。この蓄電装置２１は、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒ、旋回用モータ３０と接続され、これらの走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒ、旋回用モータ３０に給電するものである。
【００３６】
２２はキャブ１９とカウンタウエイト２０との間に位置して旋回フレーム１２上に設けられたエンジンで、該エンジン２２には、油圧ポンプ２３とアシスト発電モータ２４とが接続されている。ここで、油圧ポンプ２３は、作業装置５の各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆを駆動するための動力源となる圧油を吐出するもので、後述のコントロールバルブ３２を介して各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆと接続されている。一方、アシスト発電モータ２４は、エンジン２２によって回転駆動させることにより発電し、またはエンジン２２をアシスト駆動するものである。
【００３７】
次に、第１の実施の形態の特徴部分の一部が形成された旋回軸受装置３の構成について説明する。
【００３８】
旋回軸受装置３は、下部走行体２の旋回中心である筒体１１上に設けられ、旋回フレーム１２の底板１３に設けられた駆動源となる後述の旋回用モータ３０によって水平方向で回転駆動されるものである。図５に示すように、この旋回軸受装置３は、下部走行体２の筒体１１上に取付けられた円環状の内輪２５と、該内輪２５の径方向の外側に同心円上に設けられた円環状の外輪２６と、前記内輪２５の外周側に設けた軌道２５Ａと外輪２６の内周側に設けた軌道２６Ａとの間に転動可能に配置され前記内輪２５と外輪２６とを相対回転可能に支持する転動体としての多数個の鋼球２７とにより構成されている。
【００３９】
図９に示すように、内輪２５は、下部走行体２を形成する筒体１１の取付フランジ１１Ａに挿通されたボルト（図示せず）を後述の各雌ねじ穴２５Ｅに螺着することにより、筒体１１上に一体的に取付けられている。ここで、内輪２５は、例えば四角形状の断面をもって円環状に形成され、その外周面には、半円状の軌道２５Ａが形成されている。一方、内輪２５の内周側には、旋回用モータ３０のピニオン３０Ｃが噛合する内歯歯車２５Ｂが形成されている。内輪２５の上面部２５Ｃには、後述の電極台４４、環状電極４５が取付けられている。さらに、図１２に示すように、内輪２５の下面部２５Ｄには、周方向に所定の間隔をもって多数個の雌ねじ穴２５Ｅが形成されている。
【００４０】
図１１、図１２に示すように、内輪２５には、上面部２５Ｃから下面部２５Ｄに貫通する貫通孔２５Ｆが複数本、例えば後述する環状電極４５の本数に応じて６本設けられている。内輪２５の下面部２５Ｄには、６本の貫通孔２５Ｆの下端部にそれぞれ連通しつつ、内側に延びた切欠溝２５Ｇが形成されている。貫通孔２５Ｆと切欠溝２５Ｇは、各環状電極４５と走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒ等とを電気的に接続するための電極線４５Ａ1〜４５Ｆ1、リード線４７Ａ〜４７Ｆ等を挿通させるものである。
【００４１】
外輪２６は、例えば四角形状の断面をもって内輪２５よりも一回り大径な円環状に形成され、その内周面には、内輪２５の軌道２５Ａと対向した半円状の軌道２６Ａが形成されている。ここで、図５、図１３に示すように、外輪２６は、当該外輪２６を旋回フレーム１２の底板１３に取付けたときに、内輪２５の上部が底板１３と干渉しないように、その上面部２６Ｂを内輪２５の上面部２５Ｃよりも上下方向寸法Ｇ（段差部Ｇ）だけ高い位置に配置している。これにより、外輪２６の上面部２６Ｂを旋回フレーム１２の底板１３に取付けた状態では、外輪２６の上面部２６Ｂと内輪２５の上面部２５Ｃとの段差部Ｇによって、内輪２５の上面部２５Ｃと底板１３との間に空間部２８を形成することができる。内輪２５の上面部２５Ｃには、この空間部２８を利用して環状電極４５を設けることができる。
【００４２】
図６、図７に示すように、外輪２６には、上面部２６Ｂから下面部２６Ｃに貫通する多数本のボルト挿通孔２６Ｄが所定の間隔をもって設けられている。外輪２６は、各ボルト挿通孔２６Ｄに挿通したボルト（図示せず）を底板１３の雌ねじ孔１３Ａに螺着することにより、該底板１３に一体的に取付けられている。
【００４３】
なお、旋回軸受装置３には、外輪２６の内周面と内輪２５の外周面に上側環状シール部材２９Ａと下側環状シール部材２９Ｂが設けられ、該各環状シール部材２９Ａ，２９Ｂによって各鋼球２７の周囲にグリースが保持されている。
【００４４】
３０は旋回フレーム１２の底板１３に設けられた旋回用モータ（図５、図１６参照）である。この旋回用モータ３０は、電動モータ３０Ａと、該電動モータ３０Ａによる回転を減速する減速機３０Ｂと、減速した回転力を出力軸（図示せず）を介して旋回軸受装置３の内輪２５に伝えるピニオン３０Ｃとにより構成されている。旋回用モータ３０は、ピニオン３０Ｃを底板１３のモータ取付孔１３Ｂに挿通し、該ピニオン３０Ｃを内輪２５の内歯歯車２５Ｂに噛合させる。この状態で、減速機３０Ｂの周囲に設けたフランジ部３０Ｂ1にボルト３０Ｄを挿通し、底板１３の雌ねじ孔１３Ｃに螺着することにより、底板１３に取付けることができる。
【００４５】
３１は内輪２５の内歯歯車２５Ｂと旋回用モータ３０のピニオン３０Ｃとの噛合部に供給すべきグリースを貯えたグリースバスである。このグリースバス３１は、トラックフレーム６の筒体１１の内周側に液密に溶接されている。ここで、グリースバス３１は、グリースを貯えるものであるから、グリースが周囲に飛散しないように、外部から隔離された密閉空間として形成されている。従って、グリースバス３１内に設けられた各環状電極４５には塵埃が付着し難く、接触不良等を未然に防ぐことができる。
【００４６】
次に、ハイブリッド式油圧ショベル１の油圧系統・電気系統等の構成について、図１６等を参照しつつ説明する。
【００４７】
まず、油圧系統について説明すると、駆動源としてエンジン２２、アシスト発電モータ２４を備え、該エンジン２２とアシスト発電モータ２４の駆動力は油圧ポンプ２３に伝達されている。油圧系統を制御するコントロールバルブ３２は、作業用の操作レバーからの操作指令（油圧パイロット信号）に応じて、油圧ポンプ２３から供給された圧油を作業装置５の各シリンダ５Ｄ，５Ｅ，５Ｆに供給、排出することにより、作業装置５を制御する。
【００４８】
次に、電気系統について説明すると、走行用の操作レバーに応じて、下部走行体２の左，右の走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒの回転数、回転方向を制御する。一方、作業用の操作レバーが旋回操作されたときには、旋回用モータ３０の回転数、回転方向を制御する。ここで、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒと旋回用モータ３０は、蓄電デバイスとしての電気二重層キャパシタからなる蓄電装置２１と、アシスト発電モータ２４と、これらから供給された直流電力を三相交流電力として制御する複数のパワーコントロールユニット３３〜３７（以下、ＰＣＵ３３〜３７という）およびメインコントロールユニット３８（以下、ＭＣＵ３８という）を備えた駆動システムとにより駆動される。
【００４９】
第１のＰＣＵ３３は、蓄電装置２１に接続して設けられ、複数のスイッチング素子によって構成されたチョッパ３３Ａと、該チョッパ３３Ａのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するための制御部３３Ｂとを有している。チョッパ３３Ａは、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒ、旋回用モータ３０を駆動するための昇圧チョッパとして機能し、蓄電装置２１から供給される直流電力を昇圧し、後述のスリップリング４３を介して下部走行体２の走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒと旋回用モータ３０の電動モータ３０Ａに供給する。
【００５０】
第２のＰＣＵ３４は、アシスト発電モータ２４に接続して設けられ、例えば複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等のスイッチング素子によって構成されたインバータ３４Ａと、該インバータ３４Ａのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するための制御部３４Ｂとを有している。アシスト発電モータ２４の発電時には、インバータ３４Ａは、アシスト発電モータ２４による発電電力を直流電力に変換して蓄電装置２１に供給する。一方、アシスト発電モータ２４のモータ駆動時には、インバータ３４Ａは、蓄電装置２１からの直流電力を交流の駆動電力に変換してアシスト発電モータ２４に供給する。
【００５１】
第３，第４のＰＣＵ３５，３６は、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒにそれぞれ接続して設けられ、複数のスイッチング素子によって構成されたインバータ３５Ａ，３６Ａと、該インバータ３５Ａ，３６Ａのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するための制御部３５Ｂ，３６Ｂとを有している。走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒの走行駆動時には、インバータ３５Ａ，３６Ａは、蓄電装置２１からの直流電力を交流の駆動電力に変換して走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒに供給する。
【００５２】
第５のＰＣＵ３７は、旋回用モータ３０に接続して設けられ、複数のスイッチング素子によって構成されたインバータ３７Ａと、該インバータ３７Ａのスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するための制御部３７Ｂとを有している。旋回用モータ３０の回生時には、インバータ３７Ａは、旋回用モータ３０による回生電力を直流電力に変換して蓄電装置２１に供給する。一方、旋回用モータ３０の旋回駆動時には、インバータ３７Ａは、蓄電装置２１からの直流電力を交流の駆動電力に変換して旋回用モータ３０に供給する。
【００５３】
チョッパ３３Ａおよびインバータ３４Ａ，３５Ａ，３６Ａ，３７Ａは、一対の直流母線３９Ａ，３９Ｂを通じて相互に接続されている。直流母線３９Ａ，３９Ｂには、平滑コンデンサ（図示せず）が接続されると共に、例えば数百Ｖ程度の所定の直流電力が印加される。
【００５４】
また、制御部３３Ｂ〜３７ＢおよびＭＣＵ３８は、一対の通信線４０Ａ，４０Ｂを通じて相互に接続され、ＣＡＮ（Control Area Network）を構成する。このため、制御部３３Ｂ〜３７ＢとＭＣＵ３８との間では、ＣＡＮを介して、高速なシリアル信号等を用いて各種の情報や制御指令が伝達される。さらに、制御部３３Ｂ〜３７Ｂと制御用電源４２との間には、これらを駆動するための駆動電力を供給するための一対の制御電源線４１Ａ，４１Ｂが接続されている。これにより、制御部３３Ｂ〜３７Ｂには、低圧な制御用電源４２が電気的に接続され、例えば数十Ｖ程度の低圧な駆動電力が供給される。
【００５５】
ＭＣＵ３８は、操作指令信号、圧力信号及び回転速度信号等の信号を用いて、コントロールバルブ、ＰＣＵ３３〜３７に対する制御指令を生成し、走行モード、旋回モードの制御、電動システムの異常監視、エネルギマネジメント等の制御を行う。
【００５６】
次に、本発明の特徴部分となる下部走行体２と上部旋回体４とを電気的に接続するスリップリング４３の構成について述べる。
【００５７】
即ち、４３は旋回軸受装置３と上部旋回体４との間に設けられたスリップリングを示している。このスリップリング４３は、下部走行体２上で上部旋回体４が旋回するのを許しつつ、下部走行体２と上部旋回体４との間を電気的に接続するものである。スリップリング４３は、後述の電極台４４、環状電極４５、ブラシ装置４８によって構成されている。
【００５８】
図６、図７に示すように、４４は旋回軸受装置３を構成する内輪２５の上面部２５Ｃに設けられた電極台である。この電極台４４は、内輪２５の上面部２５Ｃと同じ直径を有して円環状の平坦な板体として形成され、上面側に後述の環状電極４５が取付けられる。電極台４４は、環状電極４５が取付けられるために、その上面側または全体が絶縁材料を用いて構成されている。
【００５９】
４５Ａ〜４５Ｆは内輪２５の上面部２５Ｃとなる電極台４４上に設けられた複数本、例えば６本の環状電極（以下、全体として環状電極４５という）を示している。この環状電極４５は、旋回軸受装置３による旋回中心を中心とした同心円上に６重の円弧として形成され、図８に示すように、例えば内側が環状電極４５Ａとなり、外側が環状電極４５Ｆとなっている。図１０に示すように、環状電極４５Ａは電極線４５Ａ1を有し、該電極線４５Ａ1は、コネクタ４６Ａを介してリード線４７Ａに接続されている。同様に、図１１に示すように、環状電極４５Ｂ〜４５Ｆは電極線４５Ｂ1〜４５Ｆ1を有し、該電極線４５Ｂ1〜４５Ｆ1は、コネクタ４６Ｂ〜４６Ｆを介してリード線４７Ｂ〜４７Ｆに接続されている。
【００６０】
各環状電極４５のうち、環状電極４５Ａ，４５Ｂは、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒを駆動する直流電力用の電極で、ＰＣＵ３５，３６のインバータ３５Ａ，３６Ａに接続されている。環状電極４５Ａ，４５Ｂの電極線４５Ａ1，４５Ｂ1およびリード線４７Ａ，４７Ｂは、前述した直流母線３９Ａ，３９Ｂ一部を構成している。
【００６１】
環状電極４５Ｃ，４５Ｄは、制御信号用の電極で、ＰＣＵ３５，３６の制御部３５Ｂ，３６Ｂに接続されている。環状電極４５Ｃ，４５Ｄの電極線４５Ｃ1，４５Ｄ1およびリード線４７Ｃ，４７Ｄは、前述した通信線４０Ａ，４０Ｂ一部を構成している。さらに、環状電極４５Ｅ，４５Ｆは、制御部３５Ｂ，３６Ｂを駆動させるための電源用の電極で、ＰＣＵ３５，３６の制御部３５Ｂ，３６Ｂに接続されている。環状電極４５Ｅ，４５Ｆの電極線４５Ｅ1，４５Ｆ1およびリード線４７Ｅ，４７Ｆは、前述した制御電源線４１Ａ，４１Ｂ一部を構成している。
【００６２】
ここで、環状電極４５は、内輪２５の上面部２５Ｃ上に設けられた既存の空間部２８を利用して設けることができるから、旋回フレーム１２の底板１３等に加工を施すことなく、簡単に配設することができる。
【００６３】
４８はスリップリング４３のブラシ装置を示している。このブラシ装置４８は、環状電極４５の上側に位置して旋回フレーム１２の底板１３に設けられている。図１３ないし図１５に示すように、ブラシ装置４８は、後述のブラシガイド４９、蓋部材５０、接点部材５２等により構成されている。
【００６４】
４９はブラシ装置４８の取付ベースとなるブラシガイドで、該ブラシガイド４９は、底板１３のブラシ取付孔１３Ｄに挿嵌される円柱状に形成され、その軸方向と平行をなすように上，下方向に貫通して６本のブラシ挿通孔４９Ａが形成されている。これら６本のブラシ挿通孔４９Ａは、ブラシガイド４９を底板１３のブラシ取付孔１３Ｄに取付けた状態で、それぞれ対応する環状電極４５Ａ〜４５Ｆの真上に配置されている。ブラシガイド４９の上部には、径方向に突出してフランジ部４９Ｂが形成され、該フランジ部４９Ｂには２個のボルト挿通孔４９Ｃが形成されている。
【００６５】
５０はブラシガイド４９の上側に設けられた蓋部材で、該蓋部材５０は、下側が開口した有蓋筒状に形成されている。蓋部材５０は、ブラシガイド４９の上側に取付けられることにより、後述する接点部材５２Ａ〜５２Ｆの固定板５３等を覆うことができる。蓋部材５０の下部には、ブラシガイド４９のフランジ部４９Ｂ、ボルト挿通孔４９Ｃに対応するように、フランジ部５０Ａと２個のボルト挿通孔５０Ｂとが形成されている。
【００６６】
これにより、ブラシガイド４９と蓋部材５０は、ブラシガイド４９を底板１３のブラシ取付孔１３Ｄに挿嵌し、フランジ部４９Ｂ，５０Ａのボルト挿通孔４９Ｃ，５０Ｂに挿通したボルト５１を雌ねじ孔１３Ｅに螺着することにより、底板１３の所定位置に取付けることができる。
【００６７】
５２Ａ〜５２Ｆはブラシガイド４９に設けられた６組の接点部材（以下、全体として接点部材５２という）を示している。該各接点部材５２のうち、旋回中心側に位置する内側の接点部材５２Ａ，５２Ｂは、環状電極４５Ａ，４５Ｂと電気的に接続されるもので、直流母線３９Ａ，３９Ｂの一部を構成している。これにより、各接点部材５２Ａ，５２Ｂは、蓄電装置２１と電気的に接続されている。中間の接点部材５２Ｃ，５２Ｄは、環状電極４５Ｃ，４５Ｄと電気的に接続されるもので、通信線４０Ａ，４０Ｂの一部を構成している。さらに、外側の接点部材５２Ｅ，５２Ｆは、環状電極４５Ｅ，４５Ｆと電気的に接続されるもので、制御電源線４１Ａ，４１Ｂの一部を構成している。
【００６８】
ここで、各接点部材５２Ａ〜５２Ｆは、同様の構成となっていることから、代表として接点部材５２Ａの構成について説明し、他の接点部材５２Ｂ〜５２Ｆを構成する固定板５３Ｂ〜５３Ｆ、接点ブラシ５４Ｂ〜５４Ｆ、ばね部材５５Ｂ〜５５Ｆ、接続線５６Ｂ〜５６Ｆ、リード線５７Ｂ〜５７Ｆについては接点部材５２Ａと同様に対応する符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６９】
図１３、図１４に示すように、接点部材５２Ａは、ブラシ挿通孔４９Ａの上側を閉塞するようにブラシガイド４９の上面に対して絶縁状態でボルト止めされた固定板５３Ａと、該固定板５３Ａの下方に位置してブラシ挿通孔４９Ａ内に上，下方向に移動可能に挿通され、例えばカーボン等の導電性材料を用いて棒状に形成された接点ブラシ５４Ａと、前記ブラシ挿通孔４９Ａ内に位置して前記固定板５３Ａと接点ブラシ５４Ａとの間に設けられ、該接点ブラシ５４Ａを下向きに付勢するばね部材５５Ａと、前記固定板５３Ａと接点ブラシ５４Ａとの間を電気的に接続する接続線５６Ａと、該接続線５６Ａと通電状態で前記固定板５３Ａに接続されたリード線５７Ａとにより大略構成されている。前記接続線５６Ａは、接点ブラシ５４Ａが摩耗して固定板５３Ａから離間することを考慮し、余裕をもった長さ寸法に設定されている。
【００７０】
接点部材５２Ａは、ブラシ装置４８を底板１３に取付けたときに、ばね部材５５Ａの付勢力で接点ブラシ５４Ａの先端を環状電極４５Ａに押付けることにより、下部走行体２上で上部旋回体４が旋回動作した場合でも、常に接点ブラシ５４Ａと環状電極４５Ａとを接触状態とすることができる。これにより、下部走行体２側のリード線４７Ａと上部旋回体４側のリード線５７Ａとを常に通電状態とすることができる。
【００７１】
第１の実施の形態によるハイブリッド式油圧ショベル１は上述の如き構成を有するもので、次に、この油圧ショベル１の動作について説明する。
【００７２】
オペレータは、キャブ１９に搭乗して運転席に着座する。この状態で走行用の操作レバー（いずれも図示せず）を操作することにより、下部走行体２の走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒによって駆動輪７Ｌ，７Ｒを駆動し、油圧ショベル１を前進または後退させることができる。また、運転席に着座したオペレータは、作業用の操作レバー（図示せず）を操作することにより、旋回軸受装置３の旋回用モータ３０によって上部旋回体４を旋回させたり、作業装置５を俯仰動させたりして土砂の掘削作業等を行うことができる。
【００７３】
ここで、下部走行体２の駆動輪７Ｌ，７Ｒは、電動モータからなる走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒによって回転駆動する構成となっている。一方で、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒを回転駆動するための電源となる蓄電装置２１は、下部走行体２上で旋回自在な上部旋回体４に搭載されている。しかも、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒを回転駆動するためには、高い電圧、例えば数百Ｖの電圧が必要であり、この数百Ｖの電圧を伝えることができるスリップリングを用意しようとすると、非常に高価なものとなる。
【００７４】
然るに、第１の実施の形態によるスリップリング４３は、旋回軸受装置３の内輪２５の上面部２５Ｃに円環状の電極台４４を設け、この電極台４４上に下部走行体２の走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒに電気的に接続される６本の円環状の環状電極４５を設ける。一方で、上部旋回体４には、蓄電装置２１と電気的に接続され環状電極４５と通電状態で接触する複数個の接点部材５２を有するブラシ装置４８を設ける。これにより、環状電極４５に対してブラシ装置４８の接点部材５２を常に滑り接触させることができるから、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒと蓄電装置２１とを電気的に接続することができる。また、環状電極４５、接点部材５２は、高い電圧に対応できるように自由に設計することができる。
【００７５】
この結果、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒに給電するためのスリップリング４３は、既存の旋回軸受装置３の内輪２５を利用して形成することにより、専用のスリップリングを設計する場合に比較して安価に製造することができる。これにより、下部走行体２の走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒを簡単な構成で安価に電動化することができる。
【００７６】
第１の実施の形態では、内輪２５の上面部２５Ｃと外輪２６の上面部２６Ｂとの間の段差部Ｇによる既存の空間部２８を利用し、内輪２５の上面部２５Ｃに各環状電極４５を配置することができる。これにより、上部旋回体４や旋回軸受装置３には、環状電極４５を配置するための加工を施す必要がないから、この加工費用を抑えることで、走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒを安価に電動化することができる。しかも、内輪２５の上面部２５Ｃは、潤滑用のグリースを封入するための密閉空間となっているから、環状電極４５、ブラシ装置４８の接点部材５２に塵埃等が付着するのを防止でき、安定的に給電することができる。
【００７７】
さらに、内輪２５には、上面部２５Ｃから下面部２５Ｄに貫通する貫通孔２５Ｆを設けているから、各環状電極４５Ａ〜４５Ｆから延びる電極線４５Ａ1〜４５Ｆ1、リード線４７Ａ〜４７Ｆは、貫通孔２５Ｆを通して走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒ側に電気的に接続することができる。
【００７８】
次に、図１７は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、ブラシ装置を、各環状電極に沿った周方向の複数箇所に位置して旋回フレームの底板に設ける構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７９】
図１７において、６１は第２の実施の形態による底板で、該底板６１は、第１の実施の形態による底板１３とほぼ同様に、前，後方向に延びる厚肉な鋼板等からなり、多数個の雌ねじ孔６１Ａが円環状に並んで形成されている。底板６１の後側寄り位置には、旋回用モータ３０を取付けるためのモータ取付孔６１Ｂが設けられ、該モータ取付孔６１Ｂの周囲には、多数個の雌ねじ孔６１Ｃが上，下方向に貫通して形成されている。
【００８０】
一方、底板６１の前側寄り位置には、例えば３個のブラシ装置４８を取付けるために、３個のブラシ取付孔６１Ｄが設けられている。この３個のブラシ取付孔６１Ｄの周囲には、例えば２個の雌ねじ孔６１Ｅが形成されている。なお、３個のブラシ取付孔６１Ｄは、底板６１の前側寄り位置に近付けて設けているが、３個のブラシ取付孔６１Ｄを離して配設する構成としてもよい。
【００８１】
そして、底板６１に設けられた３個のブラシ取付孔６１Ｄには、６組の接点部材５２Ａ〜５２Ｆを備えたブラシ装置４８をそれぞれ取付ける構成としている。この場合、３個のブラシ装置４８は、それぞれが蓄電装置２１等に接続されている。
【００８２】
かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態によれば、環状電極４５に対して３個のブラシ装置４８を電気的に接続させているから、複数箇所で通電することができ、電気抵抗を低減することができる。しかも、いずれかのブラシ装置４８に不具合が生じた場合でも、残りのブラシ装置４８によって走行用モータ１０Ｌ，１０Ｒ等への給電を続けることができる。
【００８３】
なお、第１の実施の形態では、旋回軸受装置３の内輪２５に６本の貫通孔２５Ｆを設け、それぞれの貫通孔２５Ｆに対応するリード線４７Ａ〜４７Ｆを通す構成とした場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば内輪２５に３本の貫通孔２５Ｆを設け、１本目の貫通孔２５Ｆに直流電力用のリード線４７Ａ，４７Ｂを通し、２本目の貫通孔２５Ｆにリード線４７Ｃ，４７Ｄを通し、３本目の貫通孔２５Ｆにリード線４７Ｅ，４７Ｆを通す構成としてもよい。これ以外にも、貫通孔２５Ｆを１本、２本、４本、５本または７本以上設ける構成としてもよい。この構成は、第２の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
【００８４】
第１の実施の形態では、内輪２５に設けた貫通孔２５Ｆには、環状電極４５の電極線４５とリード線４７とをコネクタ４６で連結した状態で挿通させた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば電極線４５とコネクタ４６を廃止し、貫通孔２５Ｆに挿通されたリード線４７を直接的に環状電極４５に接続する構成としてもよい。この構成は、第２の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
【００８５】
第１の実施の形態では、電極台４４上に６本の環状電極４５Ａ〜４５Ｆを設けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、下部走行体２側に供給する電力の種類等の条件によっては、環状電極を２本ないし５本、または７本以上設ける構成としてもよい。この構成は、第２の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
【００８６】
一方、第１の実施の形態では、旋回軸受装置３の転動体として鋼球２７を用いた場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、転動体として円筒ころ、円錐ころ等を用いる構成としてもよい。この構成は、第２の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
【００８７】
さらに、各実施の形態では、旋回式建設機械として、クローラ式の下部走行体２を備えたハイブリッド式油圧ショベル１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばホイール式の下部走行体を備えた油圧ショベルに適用してもよい。この場合、走行用モータを１台とし、デファレンシャルギヤ等を用いて左，右のホイールを駆動する構成としてもよく、この構成では電動モータを１台とすることができる。油圧ショベル以外にも、旋回軸受装置を備えた油圧クレーン等の他の旋回式建設機械にも広く適用することができる。さらに、ハイブリッド式油圧ショベル１以外にも、電動式油圧ショベルにも適用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  ハイブリッド式油圧ショベル（旋回式建設機械）
２  下部走行体
３  旋回軸受装置
４  上部旋回体
６  トラックフレーム
１０Ｌ，１０Ｒ  走行用モータ（走行用の電動モータ）
１１  筒体
１２  旋回フレーム
１３，６１  底板
１３Ｄ，６１Ｄ  ブラシ取付孔
２１  蓄電装置
２２  エンジン
２４  アシスト発電モータ
２５  内輪
２５Ｃ，２６Ｂ  上面部
２５Ｄ，２６Ｃ  下面部
２５Ｆ  貫通孔
２６  外輪
２７  鋼球（転動体）
２８  空間部
４３  スリップリング
４５（４５Ａ〜４５Ｆ）  環状電極
４５Ａ1〜４５Ｆ1  電極線
４６Ａ〜４６Ｆ  コネクタ
４７Ａ〜４７Ｆ  リード線
４８  ブラシ装置
５２（５２Ａ〜５２Ｆ）  接点部材（接点）
Ｇ  段差部
【図１】
0005816108.tif 000002
【図２】
0005816108.tif 000003
【図３】
0005816108.tif 000004
【図４】
0005816108.tif 000005
【図５】
0005816108.tif 000006
【図６】
0005816108.tif 000007
【図７】
0005816108.tif 000008
【図８】
0005816108.tif 000009
【図９】
0005816108.tif 000010
【図１０】
0005816108.tif 000011
【図１１】
0005816108.tif 000012
【図１２】
0005816108.tif 000013
【図１３】
0005816108.tif 000014
【図１４】
0005816108.tif 000015
【図１５】
0005816108.tif 000016
【図１６】
0005816108.tif 000017
【図１７】
0005816108.tif 000018